MEMS مخفف عبارت Micro Electro Mechanical System است که به سیستمی گفته می‌شود که میکرومدارها و میکروماشین‌ها را بر اساس الزامات عملکردی روی یک تراشه ادغام می‌کند. MEMS مبتنی بر فناوری‌های نیمه‌هادی سنتی مانند فتولیتوگرافی و خوردگی است که با ماشینکاری فوق دقیق ادغام شده و با دانش و مبانی فنی در مکانیک، شیمی، اپتیک و سایر رشته‌ها ترکیب شده است، به طوری که یک MEMS در سطح میلی‌متر یا میکرون دارای ساختارهای مکانیکی، شیمیایی، نوری و سایر ویژگی‌های دقیق و کاملی است. محصولات MEMS را می‌توان عمدتاً به حسگرهای MEMS و محرک‌های MEMS تقسیم کرد. حسگرها دستگاه‌هایی هستند که برای تشخیص و آشکارسازی پدیده‌ها و سیگنال‌های فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و سایر موارد استفاده می‌شوند، در حالی که محرک‌ها دستگاه‌هایی هستند که برای تحقق رفتارهایی مانند حرکت مکانیکی، نیرو و گشتاور استفاده می‌شوند.  
      شکل 1 حسگر MEMS و بزرگنمایی میکروسکوپی محلی            منبع: وسپر       شکل 2 اصول کار حسگر MEMS            منبع: موسسه تحقیقات صنعتی کیانژان      

شکل 3 طبقه‌بندی حسگر MEMS

منبع: مشاوره CCID

حسگرهای MEMS حسگرهای مینیاتوری هستند که با استفاده از فناوری میکروالکترونیک و میکرومکانیکی ساخته می‌شوند. انواع مختلفی دارند و پرکاربردترین محصولات MEMS هستند. سیگنال ورودی از طریق عناصر حسگر میکرو و واحدهای انتقال به سیگنال قابل نظارت دیگری تبدیل و صادر می‌شود. در مقایسه با حسگرهای تولید شده با فرآیندهای سنتی، دارای ویژگی‌های اندازه کوچک، وزن سبک، هزینه کم، مصرف برق کم، قابلیت اطمینان بالا، مناسب برای تولید انبوه، ادغام آسان و هوشمندی است.  
       حسگرهای MEMS کاربردهای گسترده‌ای دارند.  
MEMS به عنوان وسیله‌ای کلیدی برای کسب اطلاعات و تحقق تعامل، نقش مهمی در ارتقای کوچک‌سازی سیستم‌های مکانیکی ایفا می‌کند. حسگرهای MEMS به طور گسترده در الکترونیک خودرو، الکترونیک مصرفی، هوافضا، زیست‌پزشکی، صنعت و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. الکترونیک مصرفی و خودروها در حال حاضر زمینه‌های اصلی کاربرد MEMS هستند. با توجه به ساختار بازار جهانی MEMS در سال ۲۰۱۹، الکترونیک مصرفی با نزدیک به ۶۰٪، زمینه اصلی کاربرد است؛ خودروها با حدود ۱۹٪، دومین زمینه کاربردی بزرگ هستند. با توجه به ساختار بازار MEMS چین در سال ۲۰۱۹، شبکه و ارتباطات، رایانه و الکترونیک مصرفی ۵۰٪ و حوزه خودرو ۲۹٪ را به خود اختصاص داده‌اند. با افزایش بیشتر ضریب نفوذ وسایل نقلیه با انرژی جدید و توسعه اینترنت اشیا، شبکه و ارتباطات و الکترونیک خودرو بیش از نیمی از کاربردهای بازار MEMS را در سال ۲۰۱۹ به خود اختصاص دادند. با پیاده‌سازی 5G و اتصال شبکه هوشمند، ضریب نفوذ MEMS همچنان افزایش خواهد یافت و انتظار می‌رود فضای بازار در زمینه‌های فوق بیشتر باز شود.  
      شکل 4 ساختار بازار جهانی MEMS در سال 2019            منبع: Yole Development، Guotai Junan Securities Research       شکل 5 ساختار بازار MEMS چین در سال 2019            منبع: Yole Development، Guotai Junan Securities Research  
  تاریخچه توسعه حسگر MEMS  
مرحله اول از سال ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۰ بود. افزایش تدریجی تجهیزات و کاربردهای الکترونیکی خودرو، پیاده‌سازی کاربردهای حسگر MEMS مانند کیسه‌های هوا، فشار ترمز، سیستم‌های نظارت بر فشار تایر و غیره را ارتقا داد. رشد تقاضا برای این موارد، شرکت‌هایی را در اروپا، ژاپن و ایالات متحده بر آن داشته است تا شروع به توسعه و تولید انبوه محصولات حسگر MEMS مورد استفاده در خودروها کنند.
The second stage is from 2000 to 2010, driven by the rapid development of consumer electronics. Consumer electronics products such as mobile phones, tablets, laptops, etc. require MEMS sensor products to have smaller size and lower energy consumption;
 
مرحله سوم از سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰ است. توسعه سریع صنعت اینترنت اشیا، فضای زیادی را برای توسعه صنعت حسگرهای MEMS فراهم کرده است. علاوه بر لوازم الکترونیکی مصرفی مانند تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها، حسگرهای MEMS به طور گسترده در AR/VR، ساعت‌های هوشمند، رانندگی هوشمند، لجستیک هوشمند، پزشکی هوشمند و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
 
مرحله چهارم از سال ۲۰۲۰ آغاز می‌شود. با توسعه رانندگی خودکار، ۵G و رواج اینترنت اشیا، فضای توسعه MEMS بیشتر گسترش یافته است. با بهبود عملکرد محصولات حسگر MEMS، می‌توان نیازهای کوچک‌تر، مصرف انرژی کمتر و عملکرد بالاتر را برآورده کرد.  
     

شکل 6 مراحل توسعه حسگرهای MEMS

منبع: Aijiwei، Guotai Junan Securities Research

         

این صنعت تازه وارد مرحله رشد شده است

از منظر اندازه بازار، طبق آمار و پیش‌بینی‌های یول، اندازه بازار جهانی MEMS در سال ۲۰۱۹، ۱۱.۵ میلیارد دلار آمریکا بود. کووید-۱۹ باعث کاهش رشد بازار در سال ۲۰۲۰ شد. این بازار از سال ۲۰۲۱ رشد خود را از سر خواهد گرفت و انتظار می‌رود این بازار تا سال ۲۰۲۵ به نزدیک به ۱۷.۷ میلیارد دلار آمریکا برسد که نرخ رشد مرکب سالانه آن از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، ۷.۴ درصد خواهد بود. با توجه به توسعه سریع لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم الکترونیکی خودرو و صنعت چین، چین در پنج سال گذشته سریع‌ترین رشد را در اندازه بازار MEMS داشته و همچنین بزرگترین تولیدکننده محصولات الکترونیکی در جهان است. تلفن‌های همراه و تبلت‌ها تقاضای زیادی برای محصولات MEMS دارند. محموله‌های تلفن همراه چین رتبه اول را در جهان دارند. تأمین‌کنندگان حسگرهای MEMS مانند حسگرهای نور و حسگرهای حرکتی مورد نیاز صنعت تلفن همراه، چین را به عنوان مهمترین بازار در نظر گرفته‌اند. طبق آمار CCID Think Tank، اندازه بازار چین در سال ۲۰۱۹ تقریباً ۶۰ میلیارد یوان بود که تقریباً ۵۴ درصد از بازار جهانی را تشکیل می‌دهد. بازار داخلی همچنان سریع‌تر از بازار جهانی رشد می‌کند و انتظار می‌رود که اندازه بازار MEMS چین در سال ۲۰۲۲ از ۱۰۰ میلیارد یوان فراتر رود.  
      شکل 7 رشد بازار جهانی MEMS شتاب می‌گیرد           منبع: Yole Development، CCID Consulting، Guotai Junan Securities Research      شکل 8 چین کشوری است که سریع‌ترین رشد را در اندازه بازار MEMS در پنج سال گذشته داشته است.            منبع: مشاوره CCID، تحقیقات اوراق بهادار گوتای جونان      
از منظر ساختار محصول، پنج بخش برتر فعلی حسگر MEMS در جهان عبارتند از فرکانس رادیویی، فشار، میکروفون، شتاب‌سنج و ژیروسکوپ که تقریباً 65 درصد را تشکیل می‌دهند؛ رتبه‌بندی در بازار چین به ترتیب فرکانس رادیویی، فشار، میکروفون، اینرسی و شتاب‌سنج است که مشابه بازار جهانی است. طبق پیش‌بینی یول، بخش‌های حسگر MEMS با اندازه بازار بیش از 1 میلیارد دلار آمریکا در سال 2024 شامل فرکانس رادیویی، ترکیب اینرسی، اثر انگشت اولتراسونیک، فشار، میکروفون و چاپ جوهرافشان می‌شوند.  
      Figure 9 Global MEMS market structure in 2019 (by device type)            منبع: Yole Development، Guotai Junan Securities Research       شکل 10 اندازه بازار صنعت MEMS و نرخ رشد مرکب از 2018 تا 2024            منبع: Yole Development، Guotai Junan Securities Research      

شکل 11 اندازه بازار MEMS و پیش‌بینی آن در حوزه‌های مختلف (100 میلیون دلار آمریکا)

منبع: Yole Development، Guotai Junan Securities Research

از منظر ترمینال‌های کاربردی، طبق پیش‌بینی یول، با توجه به اینترنت اشیا و جایگزینی تلفن‌های همراه 5G، انتظار می‌رود بازار جهانی مصرف‌کننده MEMS از 6.87 میلیارد دلار آمریکا در سال 2019 به 11.14 میلیارد دلار آمریکا در سال 2025 افزایش یابد؛ با توجه به افزایش نفوذ خودروهای هوشمند، انتظار می‌رود بازار MEMS خودرو از 2.18 میلیارد دلار آمریکا در سال 2019 به 2.6 میلیارد دلار آمریکا در سال 2025 افزایش یابد و در این دوره نرخ رشد مرکب سالانه 3 درصد را تجربه کند. علاوه بر این، تقاضای بازار در زمینه‌های صنعت، مراقبت‌های پزشکی، ارتباطات، دفاع ملی و هوانوردی نیز در حال افزایش است.  
از منظر بلوغ فناوری، توسعه فناوری MEMS داخلی هنوز در مراحل ابتدایی خود است. از نظر تحقیق و توسعه محصول، اگرچه کشور من از نظر تعداد درخواست‌های ثبت اختراع در رتبه سوم جهان قرار دارد، اما کیفیت اختراعات ضعیف است و تعداد اختراعات اصلی کم است. علاوه بر این، واحدهای متقاضی ثبت اختراع عمدتاً دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی هستند و درجه صنعتی شدن پایین است و نتایج هنوز نیاز به تغییر دارند. از نظر بسته‌بندی و تولید، چین فاقد تجربه OEM است. قابلیت اطمینان و نرخ بازده سنسورهای MEMS تولید شده توسط شرکت‌های OEM داخلی نمی‌تواند به طور کامل الزامات تولید در مقیاس بزرگ را برآورده کند و هنوز شکاف مشخصی بین آنها و کاربردهای بازار وجود دارد. از نظر مقیاس سازمانی، اکثر شرکت‌های داخلی، شرکت‌های کوچک و متوسط ​​با بودجه ناکافی و توانایی ضعیف در جذب استعدادها هستند که منجر به قابلیت‌های ضعیف تحقیقات علمی و دشواری در باز کردن کانال‌های همکاری با دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی می‌شود.
 
از منظر مقیاس کسب‌وکار و سطح سود، هنوز شکاف آشکاری بین شرکت‌های نیمه‌هادی داخلی و شرکت‌های پیشرو خارجی وجود دارد. برادکام، یک شرکت پیشرو بین‌المللی، در سال ۲۰۱۹ به درآمد عملیاتی ۲۲.۵۹۷ میلیارد دلار آمریکا دست یافت که مربوط به حاشیه سود ناخالص فروش ۵۵.۲٪ است. درآمد عملیاتی STMicroelectronics در سال ۲۰۱۹، ۱۵.۴۱۶ میلیارد دلار آمریکا با حاشیه سود ناخالص ۳۸.۷٪ بود. درآمد عملیاتی Texas Instruments در سال ۲۰۱۹، ۱۴.۳۸۳ میلیارد دلار آمریکا بود و حاشیه سود ناخالص آن در سال‌های اخیر بیش از ۵۰٪ یا حتی بیش از ۶۰٪ بوده است. با نگاهی به شرکت‌های داخلی، Goertek، شرکت شماره یک داخلی، در سال ۲۰۱۹ درآمد عملیاتی تقریباً ۵.۰۶۸ میلیارد دلار آمریکا با حاشیه سود ناخالص تنها ۱۵.۴۳٪ داشت. در مقایسه شرکت‌های داخلی با غول‌های خارجی، هنوز شکاف بزرگی در مقیاس درآمد و سودآوری وجود دارد.   
      شکل 12 حاشیه سود ناخالص تاریخی (%) برخی از شرکت‌های MEMS بورسی            منبع: ویند، گوتای جونان سکیوریتیز ریسرچ      
با توجه به تعداد رقبا، انواع مختلفی از حسگرهای MEMS و تولیدکنندگان زیادی وجود دارد. در سال ۲۰۱۹، بازار MEMS چین تحت سلطه تولیدکنندگان خارجی بود. Broadcom و Bosch شانه به شانه هم بودند. سایر رقبای اصلی شامل STMicroelectronics، Texas Instruments، Qorvo و غیره هستند. تولیدکنندگان آمریکایی بیش از نیمی از این بازار را تشکیل می‌دهند و تولیدکنندگان اروپایی، آمریکایی و ژاپنی در زمینه‌های اصلی تراشه MEMS و تولید میکروالکترومکانیکی نسبتاً توسعه‌یافته‌اند. رقبای داخلی نیز عملکرد خوبی داشتند. Goertek برای اولین بار در سال ۲۰۱۹ در بین ده تولیدکننده برتر جهانی MEMS قرار گرفت و AAC Technology رتبه ۲۲ را کسب کرد. در زمینه ریخته‌گری، Silex، یکی از شرکت‌های هلدینگ Silex، رتبه اول را کسب کرد. در مجموع، رقبای بین‌المللی مزایای آشکاری دارند، اما شرکت‌های داخلی نوظهور برای جبران عقب‌ماندگی خود شتاب می‌گیرند.  
      شکل ۱۳ صنعت حسگر MEMS داخلی تازه وارد مرحله رشد شده است            منبع: Guotai Junan Securities Research      
بر اساس تحلیل فوق از اندازه بازار، بلوغ فناوری، شرایط عملیاتی کسب‌وکار، تعداد رقبا و غیره، قضاوت ما این است که جایگزینی داخلی در صنعت حسگر MEMS داخلی هنوز در مراحل اولیه رشد است و شرکت‌های داخلی MEMS در حال شتاب گرفتن برای رسیدن به غول‌های صنعت هستند. با توسعه اینترنت اشیا، خودروهای هوشمند و فناوری 5G، صنعت حسگر MEMS داخلی به رشد خود ادامه خواهد داد و انتظار می‌رود سرعت جایگزینی داخلی افزایش یابد.  
         

تولیدکنندگان داخلی MEMS فضای زیادی برای توسعه دارند

۱. سیاست‌های ملی به شدت از توسعه صنعت حسگرهای MEMS حمایت می‌کنند.  
حسگرهای MEMS نقش بسیار مهمی در فناوری‌های مدرن مانند اینترنت اشیا، تولید هوشمند، لجستیک هوشمند و غیره ایفا می‌کنند. چین بزرگترین بازار حسگرهای MEMS در جهان است. بازار حسگرهای MEMS چین از نظر مقیاس و اهمیت، بازاری درخور توجه است. فضای سیاست‌گذاری برای توسعه صنعت حسگر ملی همچنان در حال بهینه‌سازی است. با ترویج جدی «استراتژی قدرت تولید» و برنامه اقدام «اینترنت پلاس»، اهمیت فناوری حسگر و صنعت حسگر به طور فزاینده‌ای برجسته خواهد شد. قابل پیش‌بینی است که فناوری حسگر در آینده اولویت اصلی توسعه علمی و فناوری کشور من خواهد بود.  
      جدول 1 برخی از سیاست‌های صنعت حسگر MEMS که توسط ایالت صادر شده است            منبع: شورای دولتی، کمیسیون توسعه و اصلاحات ملی، وزارت صنایع و فناوری اطلاعات، مرکز تحقیقات اوراق بهادار گوتای جونان  
       ۲. تقاضا از بازارهای پایین‌دستی، رشد مداوم بازار صنعت MEMS را تقویت می‌کند.  
حوزه لوازم الکترونیکی مصرفی، بزرگترین بازار برای MEMS است که عمدتاً به دلیل بازار رو به رشد گوشی‌های هوشمند، دستگاه‌های پوشیدنی و خانه‌های هوشمند است. چین به عنوان بزرگترین پایگاه تولید محصولات الکترونیکی در جهان، تقریباً نیمی از دستگاه‌های MEMS جهان را مصرف می‌کند. رشد مداوم فروش محصولات الکترونیکی مصرفی MEMS چین، مانند گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، باعث رشد صنایع MEMS مانند حسگرهای شتاب و میکروفون شده است. علاوه بر این، با توسعه رانندگی هوشمند و وسایل نقلیه با انرژی جدید، بازار MEMS در حوزه الکترونیک خودرو به سرعت رشد کرده است و سهم بازار آن در سال ۲۰۱۹، ۱۷.۸ درصد بوده و در رتبه دوم قرار دارد.  
دولت به شدت از حوزه 5G حمایت می‌کند و چین یک بازار صنعتی پر جنب و جوش 5G را تشکیل داده است. سرمایه‌گذاران به بازار 5G اعتماد و امید کامل دارند و این امر فضای توسعه گسترده‌ای را برای ترویج و کاربرد 5G فراهم می‌کند. 5G پایه و اساس اینترنت همه چیز است و همچنین توسعه سریع اینترنت همه چیز را ارتقا می‌دهد. اینترنت اشیا به "روند" بعدی تبدیل شده است که همه صنایع مشتاقانه منتظر آن هستند و صنعت جهانی اینترنت اشیا به سرعت در حال توسعه است. نرخ رشد بازار اینترنت اشیا چین در جهان پیشرو است و به فعال‌ترین بازار کاربرد اینترنت اشیا در جهان تبدیل شده است. CCID Consulting پیش‌بینی می‌کند که بازار 5G چین با سرعت بالایی به رشد خود ادامه خواهد داد.  
      شکل ۱۴ پیش‌بینی سرمایه‌گذاری چین در حوزه 5G از ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۵            منبع: مشاوره CCID، تحقیقات اوراق بهادار گوتای جونان      
در حوزه اینترنت اشیا، بازار، محرک توسعه سریع بازار حسگرهای MEMS است. حسگرهای MEMS نقش کلیدی در اتصال دنیای آنالوگ و دیجیتال ایفا می‌کنند. درک و جمع‌آوری داده‌های آنها از محیط اطراف، درک عینی و جامعی از عملکرد طبیعی دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف به ما می‌دهد. طبق آمار انجمن جهانی سیستم ارتباطات سیار GSMA، تعداد دستگاه‌های اینترنت اشیا در جهان از ۲ میلیارد واحد در سال ۲۰۱۰ به ۱۲ میلیارد واحد در سال ۲۰۱۹ افزایش یافته است. در آینده، با بهره‌گیری از تجاری‌سازی ۵G و توسعه Wi-Fi6، پتانسیل بازار اینترنت اشیا بسیار زیاد است. GSMA پیش‌بینی می‌کند که تعداد جهانی دستگاه‌های اینترنت اشیا تا سال ۲۰۲۵ به ۲۴.۶ میلیارد واحد خواهد رسید که نرخ رشد مرکب آن از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، ۱۲.۷ درصد خواهد بود.  
      شکل ۱۵ تعداد دستگاه‌های اینترنت اشیا به سرعت در حال رشد است (واحد: میلیارد)            منبع: GSMA، Guotai Junan Securities Research      
In the medical field, COVID-19 has brought huge disasters to the entire world, but this has caused the medical MEMS sensor market to grow significantly. Whether it is electronic thermometers, diagnostic equipment, or ventilators, these medical devices are inseparable from MEMS sensors, causing the market size in these fields to grow rapidly. Yole predicts that the medical MEMS market will grow by 10.6% in 2020. In addition, the epidemic has increased people's emphasis on health and accelerated the development of the medical consumer market. Wearable medical devices that monitor body indicators at all times have also developed rapidly. Due to epidemic prevention and control, the surge in demand for contactless services, robot distribution, and robot processing plants has indirectly promoted the rapid development of the MEMS industry. In addition, people's habit of developing automation means that even if the epidemic ends one day in the future, people will still rely on unmanned and automated services based on MEMS. Therefore, the industry will not shrink, but will continue to grow.  
 
     

سلب مسئولیت: این مقاله از "Semiconductor Circle" بازنشر شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های Sacco Micro و صنعت مربوطه نمی‌باشد. این مقاله فقط برای چاپ مجدد و به اشتراک گذاری جهت حمایت از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده را برای چاپ مجدد ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن